성층형 냉수 저장 탱크: 열 성층화 및 입출구 형상
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성층형 냉수 저장 탱크: 열 성층화와 입출구 형상
성층화된 냉수 저장 탱크는 세 구역으로 나뉜다: 확산 경계면 아래의 차가운 바닥층, 그 위의 따뜻한 천장층, 그리고 그 사이의 온도약층이다. 온도약층은 유용한 일을 하지 않는 유일한 부분이며, 형상은 이를 얇게 유지하고 노즐로부터 멀리 떨어뜨려야 한다. 바닥 근처에서 0.5-1 m/s로 유입되는 하향 입구, 쉘 하부의 냉수 출구, 천장에서 취수되는 온수 환수, 각 관통부 근처의 정류 배플, 그리고 노즐 간의 충분한 간격은 부분 충전과 장기간 정지 기간에도 견디는 경계면을 만들어 준다.
두 시설 엔지니어에게 저장 탱크가 계산 예측보다 냉기를 덜 공급하는 이유를 물으면 답이 좀처럼 일치하지 않습니다. 한 명은 입구에서 상승하는 따뜻한 플룸을 설명하고, 다른 한 명은 일주일에 걸쳐 위로 스며든 확산 대역을 설명합니다. 둘 다 같은 현상을 설명합니다: 온도약층이 이동했고, 형상이 그렇게 만든 것입니다.
용적은 계산하고 구매하기 쉽지만, 그중 얼마나 사용할 수 있는지를 결정하는 형상은 공정 흐름도가 아니라 제작 도면에 나타나며, 답을 수십 퍼센트나 바꿔 놓습니다. 입구 높이, 디퓨저 유형, 노즐 간격, 수직 배플, 내부 마감이 모두 중요합니다.
성층화가 발생하는 원인
찬물은 따뜻한 물보다 무거우므로, 바닥에서 충전되는 탱크는 층을 이룬 상태를 유지합니다. 성층형 냉수 저장 탱크에서 이러한 배열을 유지하는 것은 에너지를 보존하는 문제입니다.
· 온도약층은 두 구역 모두를 확산시킵니다. 그 두께는 입구 제트의 운동량과 셸이 가득 찬 상태로 있을 때 발생하는 전도 및 혼합에 따라 달라지며, 정지 시간에 따라 천천히 증가합니다.
· 부력 흐름은 입구에서 적입니다. 바닥 위로 너무 큰 운동량으로 들어오는 냉수 제트는 급강하하여 위쪽의 따뜻한 물을 끌어들이고 경계면을 아래로 끌어내립니다.
· 정지 손실은 작지만 실제로 존재합니다. 단열은 이를 낮게 유지하지만, 따뜻한 환수를 냉수층으로 유입시키는 노즐은 단열 누락보다 더 큰 손상을 줍니다.
따라서 성층화는 물의 특성이 아니라 입구의 특성입니다.
유입구 형상: 디퓨저가 제어 요소입니다
냉수 유입구는 이를 공급하는 펌프보다 더 많은 주의를 기울일 가치가 있습니다.
1. 냉수를 바닥으로 향해 아래로 공급하고, 충전 유량에 맞게 디퓨저 크기를 산정합니다. 바닥에서 아래를 향하는 제트는 자신이 속한 냉수층과 만납니다. 충전 시간은 짧고 그 동안 펌프는 전유량으로 운전되므로, 면적은 최악의 시간을 기준으로 결정합니다. 디퓨저 면에서의 유입 속도를 0.5-1 m/s 이내로 유지하십시오.
2. 디퓨저를 노즐이 아닌 탱크 바닥에 맞추십시오. 방사형 콘, 천공 링 또는 경사판 모두 자유 제트 없이 냉수층으로 배출된다면 효과가 있습니다.
3. 디퓨저를 냉수 출구에서 떨어뜨려 유지하십시오. 하나의 노즐을 공유한다는 것은 동시에 냉수를 넣고 빼는 것이며, 주어진 용량에 대해 공급 가능한 용량이 감소합니다.
잘못 배치된 입구는 제어 시스템으로 교정할 수 없습니다. 컨트롤러는 밸브를 열고 닫을 뿐이며, 이미 쉘 상부 절반을 혼합한 플룸을 되돌릴 수는 없습니다.
출구 형상과 노즐 영역
출구는 홀이 받는 것을 정의하며, 그 높이는 탱크가 판매 가능한 냉수를 생산하는 것을 언제 멈출지 결정합니다.
· 양쪽 끝에 여유를 두십시오. 바닥의 냉수 띠는 침전물과 따뜻한 유입수를 펌프로부터 멀리 유지하며, 따뜻한 천장 아래의 띠는 환수 온도에서 공급을 중단시킵니다.
· 충전 및 방출 노즐을 전체 유효 깊이만큼 분리하십시오. 분리 간격이 클수록 사용 가능한 대역이 넓어지고 공급 온도가 한계를 벗어나는 시점이 지연됩니다.
· 루프가 반환되는 천장에서 따뜻한 환수를 취수하십시오. 상단에서 환수를 받는 탱크는 냉수층으로 환수되는 탱크보다 관리하기가 더 쉽습니다.
정의된 압력 경계 내부에서는 동일한 논리가 적용되지만, 노즐이 플랜지형이고 내부 형상이 더 작은 자유 면적을 가진 폐쇄부를 통과해야 하므로 보강이 배치 논의의 일부가 됩니다.
배플 및 내부 부속품
배플은 혼합 방지를 위한 저렴한 보험으로, 현장 수정이 아니라 도면에 포함되어야 합니다.
· 바닥 면적이 넓은 곳의 분배판. 천공 또는 경사진 판은 약간의 압력 강하를 대가로 점 유입구를 분산 유입구로 전환합니다.
· 층을 연결하지 않는 구조물. 새들, 통로 및 지지대는 차가운 바닥과 따뜻한 지붕 사이에서 열을 전도해서는 안 되며, 라이닝을 방해하지 않도록 고정되어야 합니다.
· 최소한의 내부 돌출부. 모든 부재는 경계층이 성장하고 코팅 결함이 발생하기 쉬운 표면입니다.
Ra 0.8µm 이하의 매끄러운 내부 표면은 용융 에나멜 플레이트에 적용된 상태로 낮은 저항을 유지하고 필름이나 스케일 제거를 용이하게 하며, 이는 살생물제와 억제제도 함께 운반하는 루프에서 중요합니다.
현장에서 인터페이스 검증
도면상으로는 올바르게 보이는 형상이라도 성층 냉수 저장 탱크의 인터페이스를 포함하여 실제로 입증되어야 합니다.
· 평균 온도가 아닌 인터페이스 위치를 기록하십시오. 인터페이스가 출구에 위치한 동안 평균은 허용 가능해 보입니다.
· 설계 유량으로 배출을 운전하십시오. 취수율이 출구에서의 연행을 변화시키고 따라서 온도약층의 형태를 변화시키기 때문입니다.
· 부분 충전을 시험하십시오. 절반까지 채우고 방치한 쉘은 좁은 인터페이스를 유지해야 합니다. 만약 퍼진다면 입구 운동량이나 정지 기간이 원인입니다.
그 데이터는 운영 기준이 되고 혼합 손실의 소유권에 관한 의견 차이를 해결합니다.
기술 사양
형상 항목 | 일반적인 선택 | 이유 |
냉수 유입 위치 | 바닥 근처, 하향 토출 | 냉수 제트를 냉수층 내부에 유지 |
디퓨저 면에서의 유입 속도 | 0.5-1 m/s | 하부에서는 분사 제트 혼합, 상부에서는 오염 |
냉수 유출 위치 | 바닥 위 짧은 높이 | 사용 가능한 냉수 구역 내에서 흡입 유지 |
노즐 수직 간격 | 전체 유효 깊이에 근접 | 사용 가능한 체적 대역 확장 |
바닥 예비량 | 체적의 몇 퍼센트 | 침전물과 유입으로부터 펌프 보호 |
상부 예비량 | 체적의 몇 퍼센트 | 환수 온도에서 공급 중단 |
온수 환수 연결 | 설치된 경우 천장에 | 직접 환수로부터 냉수층 보호 |
배플 유형 | 유입구 근처의 링 또는 수직 정류벽 | 잔류 제트 운동량 흡수 |
내부 표면 마감 | 에나멜 플레이트에서 매끄러움, Ra 0.8 µm 미만 | 생물학적 성장 후 청소가 더 용이함 |
계측 | 여러 깊이에 설치된 열전대 | 계면 위치와 사용 가능 비율을 입증 |
프로젝트 사례
당사가 물 및 폐수 분야에서 납품한 참조 실적에는 데이터센터 TES 범위가 설계된 것과 동일한 기준으로 건립된 대형 볼트 체결 쉘도 포함되며, 아래 프로젝트가 그 예입니다.
프로젝트 사례 요약
프로젝트 | 제품 | 용량 | 치수 | 완료 |
중국(저장성) - 화학 폐수(P-D) | 01 GFS 볼트 체결 탱크 | 총 11,613 m³ | φ24,450 × 19,800 mm 및 φ12,220 × 19,800 mm | 2024년 3월 |
한 현장에서 명확히 다른 직경의 두 쉘, 하나는 다른 하나의 두 배이며, 이는 성층화가 규모에 의존한다는 것을 상기시킨다. 더 큰 쉘은 충전 유량에서 단일 노즐이 공급할 수 없는 바닥 면적을 가지고 있어 분산형 디퓨저를 가리킨다. 더 작은 쉘은 하나의 하향 입구가 필요하다. 평면 면적은 직경의 제곱에 따라 변하고 부피는 세제곱에 따라 변하므로, 디퓨저 표면 면적은 선형적으로 확장되지 않는다.
센터 에나멜 엔지니어링 역량
센터 에나멜(스자좡 정중과기유한공사)은 2008년부터 볼트식 저장 탱크를 설계 및 제작해 왔습니다. 중국 최초의 유리 융착 강판(GFS) 탱크 제조업체로서, 이 회사는 약 200개의 에나멜 관련 특허를 보유하고 있으며, 연간 약 300,000장의 에나멜 코팅 강판을 생산하고, 30,000개 이상의 설치 프로젝트를 완료했으며, 100개 이상의 국가에 탱크를 공급하고 있습니다. 생산 능력을 높이기 위해 새로운 150,000 m² 생산 기지가 추가되었으며, 단일 탱크는 최대 60,000 m³까지 공급됩니다. 제조는 ISO 9001 및 ISO 45001에 따라 운영되며, 제품 인증으로는 NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE(EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI 및 EUROCODE가 있고, 설계는 적용이 요구되는 경우 AWWA D103-09, AWWA C550 및 NFPA를 참조합니다.
내부 마감 및 성층화 형상
· 에나멜은 매우 매끄럽고 화학적으로 불활성인 내부 표면을 제공하며, 매끄러운 벽은 그렇지 않으면 수온약층을 침식할 입구의 국부적 난류를 감소시킨다.
· 입구 디퓨저, 낮은 유입 속도, 배플 및 수온약층 위 냉수 취수 고도의 수직 분리는 성층화 품질을 결정하는 네 가지 기하학적 제어 요소이며, 탱크 내부 마감이 이를 뒷받침한다.
· 당사 납품 실적 중 평활벽 대구경 탱크로는 저장성 화학 폐수용 φ24.45 m × 19.8 m 및 φ12.22 m × 19.8 m 한 쌍, 11,613 m³, 2024-03이 있습니다.
자주 묻는 질문
Q1: 탱크가 클수록 항상 성층화가 더 어려워지나요?
A1: 입구 분배가 더 어려워집니다. 부피는 세제곱에 비례해 증가하는 반면 바닥 면적은 제곱에 비례해 증가하므로, 탱크가 커질수록 바닥 면적 제곱미터당 유량이 증가하고, 동일한 충전 속도에서 디퓨저가 더 넓은 면적을 커버해야 합니다.
Q2: 온수 환수는 상단으로 들어가야 하나요, 하단으로 들어가야 하나요?
A2: 상단으로, 온수층으로 들어가야 합니다. 온수를 냉수 구역으로 환수하면 사용 가능한 용량이 즉시 파괴됩니다. 천장으로 환수하면 다음 충전 시 중력이 다시 분리해 줍니다.
Q3: 온도약층이 냉수 출구에 얼마나 가까이 접근할 수 있나요?
A3: 설계 방출 중에는 절대 도달해서는 안 됩니다. 이것이 바로 하부 예비량의 목적입니다. 출구 아래에 냉수를 유지한다는 것은 공급 온도가 허용 범위를 벗어나기 전에 계면이 예비량 쪽으로 이동해야 함을 의미합니다.
Q4: 작은 쉘에도 배플이 필요한가요?
A4: 그렇지 않은 경우가 많습니다. 적당한 크기의 탱크에서는 바닥을 향한 단일 유입구만으로도 별도의 도움 없이 잘 성층화됩니다. 링 배플은 유입 속도가 0.5-1 m/s 범위의 상한에 가까워질 때 비로소 그 역할을 합니다.
Q5: 이러한 탱크에 압력을 가할 수 있습니까?
A5: 가능하며, 동일한 층 관리 원칙이 압력 경계 내부에도 적용됩니다. 노즐은 플랜지로 연결되고, 개구부는 보강 검사를 거치며, 디퓨저는 클로저를 통과해야 하므로 설계 초기에 형상이 고정됩니다.
Q6: 형상이 올바르게 시공되었음을 증명하는 측정은 무엇입니까?
A6: 전체 사이클 동안 기록된 깊이별 열전대 프로파일로, 계면이 어디에 위치하는지, 얼마나 두꺼워지는지, 그리고 어느 지점에서 공급 온도가 지정 범위를 벗어나는지를 보여줍니다.
지층화된 냉수 저장 탱크가 무엇을 되돌려주는지는 형상이 결정합니다. 바닥 근처의 하향 입구, 따뜻한 천장과 분리된 바닥 높이의 냉수 출구, 양쪽 끝의 예비 영역, 그리고 정류 배플이 탱크 중앙부에 온도약층을 유지시킵니다. 라이닝, 단열 및 계측기는 이러한 배치를 뒷받침합니다.
엔지니어와 상담하세요
탱크 직경과 직선 높이, 충전 및 방출 유량, 공급 및 환수 온도, 충전 시간대를 알려주세요. 충전 속도에서의 디퓨저 면적, 노즐 높이와 간격, 예비 밴드, 배플 배치, 계면을 입증하는 데 필요한 열전대 배치 계획과 함께 입구 및 출구 형상을 검토해 드리겠습니다. 또한 쉘 코팅을 위한 도면 주기 사항 시트도 제공합니다. 노즐 일정을 확인할 수 있도록 플랜트 P and ID를 포함해 주세요.
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